根據(jù)國家自然科學基金委員會與中國科學院合作開展“2011～2020年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略研究”的要求，生物學學科發(fā)展戰(zhàn)略研究組于2009年3月成立，成員有：陳曉亞、陳曄光、昌增益、杜生明、方精云、賀福初、洪德元、李家洋、林其誰、孟安明、馬紅、舒紅兵、譚華榮、孫兵、唐朝樞、魏輔文、薛勇彪、張大勇、鄭光美、朱作言。研究組下設秘書組，由舒紅兵兼任組長，楊正宗、申倚敏任副組長。
研究組于2009年4月在上海召開了一次全體會議，確定了工作進度與每位研究組成員的調研任務。明確由部分專家牽頭，通過召集國內相關領域專家討論或通信咨詢，分別對生物學學科總體發(fā)展戰(zhàn)略及植物學、動物學、微生物學、生態(tài)學、生物物理與生物化學、發(fā)育生物學、遺傳學、細胞生物學、免疫學等二級學科發(fā)展戰(zhàn)略開展研究。在二級學科發(fā)展戰(zhàn)略報告初稿的基礎上，秘書組起草了生物學學科總體發(fā)展戰(zhàn)略初稿。
2009年8月，研究組在北京召開了第二次全體會議，對生物學總體發(fā)展戰(zhàn)略和各二級學科發(fā)展戰(zhàn)略初稿進行了討論，提出了補充、完善、修改建議，并在更廣泛的范圍內征求意見。修改后形成的生物學學科發(fā)展戰(zhàn)略總體報告于2009年11月在貴陽征求了國家自然科學基金委員會生命科學部專家咨詢委員會的意見后，于11月向參加院士增選大會的中國科學院生命科學與醫(yī)學學部院士作匯報和聽取意見。2010年4月研究組在北京召開了第三次全體會議，進一步深化對生物學學科總體發(fā)展戰(zhàn)略的研究。會后由舒紅兵執(zhí)筆，經國家自然科學基金委員會生命科學部專家咨詢委員會討論，并于2010年6月再次聽取了出席院士大會的院士們的意見，最后形成了本書。發(fā)展戰(zhàn)略研究不是原創(chuàng)性研究，也不是領域綜述，需要大量地參考各種文獻。不可能在書中對每個描述都列上文獻，只宜列出少數(shù)主要參考文獻供讀者進一步閱讀。由于本書不牽涉撰寫人的學術權益，因此我們認為這樣做是恰當?shù)�。在書稿的撰寫過程中，有多位專家付出了艱辛的勞動，具體分工如下：第一章統(tǒng)稿人為舒紅兵，主要參與編寫的人員為生物學學科發(fā)展戰(zhàn)略研究組和秘書組全體成員；第二章統(tǒng)稿人為馬紅、陳曉亞，主要參與編寫的人員有蔡杰、董愛武、高連明、葛頌、何祖華、黃宏文、黃繼榮、孔宏智、李傳友、李德銖、李來庚、劉吉開、盧金梅、王學路、王應祥、溫明章、楊繼、曹曉鳳；第三章統(tǒng)稿人為魏輔文，主要參與編寫的人員有李明、王德華、張健旭、張正旺、梁愛萍、秦川、陳領；第四章統(tǒng)稿人為譚華榮，主要參與編寫的人員有鄧子新、黃力、王磊、楊瑞馥、朱旭東、李越中、劉雙江、劉杏忠、劉鋼、陳士榮、李寅、劉志培、陳三鳳、邱金龍、鐘瑾；第五章統(tǒng)稿人為方精云、張大勇，主要參與編寫的人員有安樹青、傅聲雷、韓博平、韓興國、賀金生、李博、李義明、魏輔文、于貴瑞、于振良、余世孝、張德興、張全國、張知彬；第六章統(tǒng)稿人為昌增益，主要參與編寫的人員有鄭曉峰、李伯良、金誠、周專、龔為民、蔣澄宇、秦詠梅、紀建國、謝燦、付新苗；第七章統(tǒng)稿人為陳曄光，主要參與編寫的人員有方曉紅、耿建國、李蓬、林圣彩、肖磊、徐濤；第八章統(tǒng)稿人為薛勇彪，主要參與編寫的人員有楊維才、李巍、王文、蘇都莫日根、曹曉風、朱大海、王秀杰、陳明生、張博、王瀝、楊維才、李巍、王道文、傅向東、谷瑞升、鄧向東；第九章統(tǒng)稿人為孟安明，主要參與編寫的人員有張建、王海濱、譚錚、陳大華、孫青原；第十章統(tǒng)稿人為孫兵，主要參與編寫的人員有田志剛、周光炎、郭亞軍、張學光、張巖、李斌、冷啟彬、肖暉、孟廣勛、王琛、劉小龍、黃鋒、于益芝；第十一章統(tǒng)稿人為唐朝樞，主要參與編寫的人員有范明、齊永芬、孔煒。此外，還有一些科研教學人員與研究生也做了重要工作，在此我們一并表示感謝。
生物學學科的研究直接關系到人類的繁衍與健康、生存條件與環(huán)境，是認識自然規(guī)律的最主要內容之一。人類活動最根本的目的是認識自然、適應自然，改善人類的生活質量。隨著生物學科的進步，農業(yè)、醫(yī)學、生態(tài)等方面得到了很大的推動。在世界各國基礎學科的投入中生物學科往往占據(jù)首位。生物學科也帶動了生物技術的發(fā)展，直接造福于人類。
生物學科的發(fā)展離不開新的學術思想與新技術、新方法�？茖W發(fā)現(xiàn)是無止境的。例如，非編碼核糖核酸（noncodingRNA）在基因表達調控中的作用；蛋白質本身具有傳染致病性的朊病毒的發(fā)現(xiàn)等帶來了新思想；結構生物學新技術的發(fā)展和各種分子與活體組織的影像技術、四維（4D）電子顯微技術等帶來嶄新的知識；脫氧核糖核酸（DNA）測序技術的飛速發(fā)展不僅推動生物學各分支學科的發(fā)展，也給醫(yī)學、農學帶來巨大的震撼。而各種組學的數(shù)據(jù)量的指數(shù)增長對生物信息學與計算生物學不斷提出更高的要求。
第一章 生物學總論
第一節(jié) 生物學的戰(zhàn)略地位
生物學是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的學科，是生命科學各領域的基礎和核心。生物學的研究對象包括所有有生命的個體、群體及生物之間，生物與環(huán)境之間的相互作用。因此，生物學研究是人類探索自然規(guī)律和生命現(xiàn)象的主要手段之一。生物學研究更是解決世界范圍內長期以來存在的農業(yè)、醫(yī)學和環(huán)境問題的需要，在培育高效、優(yōu)質、抗逆農業(yè)新品種，探索新的疾病診斷和治療手段，延長人類壽命，保護生物多樣性及自然環(huán)境等方面發(fā)揮關鍵作用。生物學研究還將為防治人類重大傳染病、生物防衛(wèi)和反恐等提供科學基礎和方法，因而是維護國家安全和社會穩(wěn)定的需要。鑒于生物學研究的重要性，一些發(fā)達國家將基礎研究的重點放在生物學，投入了大量的科研經費，促使生物學在過去幾十年中得到了突飛猛進的發(fā)展，成為21世紀自然科學領域無可爭議的領頭學科。據(jù)統(tǒng)計，生命科學已連續(xù)多年占據(jù)美國期刊Science評選的世界十大科技進展六成以上的份額；在美國科學院和英國皇家科學院的院士中，與生物學相關的院士占院士總人數(shù)的40%以上；根據(jù)美國科學情報研究所（ISI）2008年的統(tǒng)計，影響因子前20位的期刊中，生命科學期刊有16種，物理學期刊有2種，其他2種為綜合性期刊Nature和Science；近10年的時間里，美國投入基礎研究的經費中50%以上用在了生命科學領域。近年來，以生物學為基礎的生命科學得到了我國政府和學術界的高度重視。在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》中，將生物技術列入國家科技發(fā)展的5個戰(zhàn)略重點之一。在國家“十一五”基礎研究發(fā)展規(guī)劃中，也將生命科學列入了重點支持領域。長期以來，生物學的進展推動了其他自然科學和技術領域的進步，如仿生學、人工智能等。生物學與數(shù)學、化學、物理學、光學和電子學等自然科學和工程技術領域的交叉融合，又催生了一批具有重大理論和應用前景的新興交叉學科。在可以預見的未來，生物學研究仍將是自然科學中最活躍、最前沿、最需要發(fā)展的領域，將在研發(fā)高產、優(yōu)質、抗逆、抗病農作物和畜牧產品，研發(fā)新的醫(yī)藥產品和治療手段，提高人口素質，改善和保護自然環(huán)境，維護國家安全和社會穩(wěn)定等方面發(fā)揮重要作用。
第二節(jié)生物學的發(fā)展規(guī)律與發(fā)展態(tài)勢
生物學的研究范圍非常廣泛。根據(jù)研究對象的不同，生物學可以分為植物學、動物學、微生物學等分支學科；根據(jù)研究的生物學問題的不同，可以分為進化生物學、免疫學、神經生物學等分支學科；根據(jù)研究的角度和層次的不同，生物學又派生出了分類學、形態(tài)學、生態(tài)學、分子生物學、細胞生物學、發(fā)育生物學、遺傳學、生理學等眾多不同的分支學科。生物學與自然科學及技術領域其他學科的結合，衍生了一些交叉學科，如生物化學、生物物理學、生物數(shù)學、生物信息學等。
生物學的發(fā)展依賴于技術手段的革新及與其他學科的交叉融合。早期的生物學研究受知識積累和研究手段的限制，主要以形態(tài)描述和現(xiàn)象觀察為主，如對動物、植物、微生物的分類鑒定，對動物胚胎發(fā)育過程中形態(tài)建成的描述，以及對動物行為的觀察。高分辨率顯微鏡以及一系列生物化學研究方法的問世，使生物學研究進入了微觀世界，對細胞的組成成分及亞細胞結構和功能等有了比較深入的了解，直接促進了細胞生物學、生物化學等學科的發(fā)展；X射線晶體衍射對DNA雙螺旋結構的測定、各種先進設備用于精確和高通量的基因測序、數(shù)學和計算機技術對基因組序列和其他生物學實驗數(shù)據(jù)的整合和分析都極大地推動了遺傳學和分子生物學的發(fā)展，使人類開始有能力解讀基因“天書”和細胞內復雜的生物信息網絡；超分辨率（單分子）成像、低溫電子顯微鏡三維成像、分子標記等技術的運用，使科學家們可以從不同的時空角度觀測細胞內的生物大分子、分子復合物和亞細胞結構的動態(tài)變化及行使功能的結構基礎，直觀地了解生理狀態(tài)下細胞生命活動的精細調節(jié)機制。另外，在傳統(tǒng)研究的基礎上引入先進的分子、計算機、遙測等技術，大大促進了宏觀方向上生態(tài)學的發(fā)展。
生物學的發(fā)展還依賴于概念上的重大突破。達爾文生物進化理論的提出，為研究生物起源、演化和物種多樣性建立了基礎；孟德爾揭示的三大遺傳規(guī)律、摩爾根揭示的連鎖與互換規(guī)律、沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構，開創(chuàng)了遺傳學、分子生物學等學科的新紀元，為人類進一步了解生物的遺傳、變異、進化機理及以重組DNA技術為核心的現(xiàn)代生物技術的誕生奠定了基礎。
生物學已經從描述性研究進入對生命現(xiàn)象機理和生命活動規(guī)律的探索，并利用對這些機理和規(guī)律的了解來服務人類的階段。隨著新技術和新方法的建立，生物學研究更加趨于系統(tǒng)化、規(guī)�；蛿�(shù)字化。目前生物學研究的特點是利用多學科的知識和手段，從分子、細胞、器官、個體、群體及環(huán)境等多層次進行整合研究，注重生理及不同環(huán)境、病變條件下生命現(xiàn)象的機制和生命活動規(guī)律。生物學各傳統(tǒng)分支學科的界限已經難以劃分，微觀生物學和宏觀生物學之間相互滲透和融合，衍生了一大批新的學科前沿和生長點。
近年來，生物學繼續(xù)成為自然科學中發(fā)展最快的領域之一，建立了一些具有重要影響的新技術和新方法，取得了一些概念上的創(chuàng)新。這些突出的新進展包括如下幾個方面。
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